Egy új kutatás felfedi a Mars hideg, jeges múltját

Egy új tanulmány fontos nyomokat talált a Vörös Bolygó talajában.

A legújabb kutatások összehasonlítják a Föld talaját és… Mars A tanulmány azt sugallja, hogy a Mars történelmi éghajlata hideg és szubarktikus volt, hasonlóan az új-fundlandihoz. A tanulmány a Gale-kráter talajában található amorf anyagokra összpontosított, amelyek közel fagyos körülmények között konzerváltak, új betekintést nyújtva a Mars környezeti viszonyaiba és a rajta lévő élet lehetőségébe.

A Mars múltbeli éghajlatának felfedezése a Föld talaján keresztül

Évtizedek óta foglalkoztatja a tudósok és a közvélemény fantáziáját az a kérdés, hogy vajon a Mars valaha is támogatta-e az életet. Ennek a felfedezésnek a lényege, hogy betekintést nyerjünk a szomszédos bolygó múltbeli klímájába: Meleg és párás volt a bolygó, a tengerek és folyók nagyon hasonlítottak a mi bolygónkhoz? Vagy túl hideg és jeges volt, és ezért talán kevésbé tartja fenn az általunk ismert életet?

Egy új tanulmány bizonyítékokat talált e nézet alátámasztására azáltal, hogy hasonlóságokat azonosított a Marson és a kanadai Új-Fundlandon, egy hideg szubarktikus éghajlatú régióban található talajok között.

A Gale-kráter pereme és padlója a NASA Curiosity roveréről nézve. A kép jóváírása: NASA/JPL-Caltech

Betekintések a Gale-kráter talajelemzéséből

A tanulmány a folyóiratban jelent meg Földi és környezeti kommunikáció Július 7-én, A tudósok olyan talajt kerestek a Földön, amely hasonló anyagokat tartalmazott, mint a Mars Gale-kráterében. A tudósok gyakran használnak talajt a környezettörténet ábrázolására, mivel a jelenlévő ásványok elmesélhetik a táj időbeli fejlődésének történetét. Ha jobban megértjük, hogyan alakulnak ki ezek az anyagok, az segíthet megválaszolni a Vörös Bolygó történelmi körülményeivel kapcsolatos régóta fennálló kérdéseket. A Gale-kráter talaja és kőzetei a Mars klímáját 3-4 milliárd évvel ezelőtt, egy viszonylag bőséges vízidőszakban mutatják be a bolygón – ugyanabban az időszakban, amikor először jelent meg az élet a Földön.

„A Gale-kráter egy ősi tómeder – és egyértelműen ott volt a víz” – mondja Anthony Feldman, a talajkutató és földmorfológus, aki jelenleg a DRI-nél dolgozik „Közvetlenül a Mars felszínére, mert a körülmények nagyon eltérőek a Mars és a Föld között, de megnézhetjük a trendeket földi körülmények között, és felhasználhatjuk őket a Marsra vonatkozó kérdések extrapolálására.”

A vizsgálati helyszín Új-Fundland hegyvidékén található. Fotó: Anthony Feldman/DRI

Kihívások a marsi anyagok elemzésében

A NASA Curiosity roverje 2011 óta vizsgálja a Gale-krátert, és rengeteg „amorf röntgenanyagként” ismert talajanyagot talált. Ezekből a talajkomponensekből hiányzik a tipikus ismétlődő atomi szerkezet, amely meghatározza az ásványokat, ezért nem könnyen jellemezhetők hagyományos technikákkal, például röntgendiffrakcióval. Amikor a röntgensugárzást kristályos anyagokra, például gyémántra lövik ki, a röntgensugárzás a fém belső szerkezetétől függően eltérő szögben szóródik. A röntgensugár amorf anyaga azonban nem hozza létre ezeket a jellegzetes „ujjlenyomatokat”. A Curiosity ezzel a röntgendiffrakciós módszerrel bizonyította, hogy a Gale-kráterben vizsgált talaj- és kőzetminták 15-73%-át röntgen-amorf anyag teszi ki.

„A röntgensugárzásból nyert amorf anyagokat zselének tekinthetjük” – mondja Feldman. „Ez különböző elemek és vegyi anyagok keveréke, amelyek egymáson csúsznak.”

A Curiosity rover kémiai elemzéseket is végzett talaj- és kőzetmintákon, és megállapította, hogy az amorf anyag vasban és szilícium-dioxidban gazdag, de alumínium hiányzik. A korlátozott kémiai információkon túl a tudósok még nem értik, mi az amorf anyag, és mit jelent jelenléte a történelmi marsi környezethez képest. Ha több információra tesz szert arról, hogy ezek a titokzatos anyagok hogyan alakulnak ki és maradnak meg a Földön, az segíthet megválaszolni a Vörös Bolygóval kapcsolatos állandó kérdéseket.

A marsi viszonyokat szimuláló terepvizsgálatok

Feldman és munkatársai három helyszínt kerestek fel a röntgensugárzáshoz hasonló amorf anyagok után: az új-fundlandi Gros Morne Nemzeti Park fennsíkjait, az észak-kaliforniai Klamath-hegységet és Nyugat-Nevadát. Ezen a három helyen mállott talajok voltak, amelyek a kutatók előrejelzései szerint kémiailag hasonlóak a Gale-kráter röntgensugár-amorf anyagához: vasban és szilíciumban gazdagok, de alumíniumhiányosak. A három helyszín egy sor csapadékot, havazást és hőmérsékletet is biztosított, amelyek segíthetnek betekintést nyújtani az amorf anyagokat előállító környezeti feltételekbe, és ösztönzik annak megőrzését.

A kutatócsoport minden helyszínen röntgendiffrakciós elemzéssel és transzmissziós elektronmikroszkóppal vizsgálta a talajt, amely lehetővé tette számukra, hogy részletesebben lássák a talajanyagokat. Az új-fundlandi szubarktikus körülmények kémiailag hasonló anyagokat hoztak létre, mint a Gale-kráterben, amelyek szintén nem rendelkeznek kristályos szerkezettel. A melegebb éghajlaton, például Kaliforniában és Nevadában termelt talajok nem.

„Ez azt mutatja, hogy vízre van szükség ahhoz, hogy ezeket az anyagokat kialakítsuk” – mondja Feldman. „De a körülményeknek hidegnek kell lenniük, és az éves átlaghőmérsékletnek közel kell lennie a fagyponthoz, hogy megőrizzük az amorf anyagot a talajban.

Az amorf anyagokat gyakran viszonylag instabilnak tekintik, ami azt jelenti, hogy atomi szinten az atomok még nem szerveződnek végső, kristályosabb formájukba. „Van valami a kinetikában – vagy a reakciósebességben –, ami lelassítja azt, így ezek az anyagok geológiai skálán megőrződnek” – mondja Feldman. „Azt javasoljuk, hogy nagyon hidegek, közel a fagyhoz korlátozó tényező a mozgásban, amely lehetővé teszi ezeknek az anyagoknak a kialakulását.”

„Ez a tanulmány javítja a Mars éghajlatának megértését” – mondja Feldman. „Az eredmények arra utalnak, hogy a Gale-kráterben található anyag bősége összhangban van a szubpoláris viszonyokkal, hasonlóan ahhoz, amit például Izlandon láthatunk.

Hivatkozás: „A vasban gazdag amorf röntgenanyag rögzíti a múlt éghajlatát és a víz fennmaradását a Marson”, Anthony D. Feldman és Elizabeth M. Hausrath és Elizabeth B. Rampe, Valerie Tu és Tanya S. Beretiazko, Christopher DeFelice és Thomas Sharp, 2024. július 7. Földi és környezeti kommunikáció.
DOI: 10.1038/s43247-024-01495-4